KR102256757B1 - Polymerase Chain Reaction System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중합효소 연쇄반응을 구현하는 장치 내에서 핵산의 추출과 증폭반응 및 증폭된 결과물을 실시간으로 검출할 수 있는 시스템 구조에 대한 것으로, 내부에 저장된 핵산추출시약을 매개로 상기 생체시료의 핵산을 추출하거나, 추가적으로 중합효소반응 건조물과 혼합하여 PCR 예비 혼합물을 형성하는 핵산 추출 카트리지와 상기 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지에서 추출된 핵산용액이나 PCR 예비 혼합물을 인가받아, 건조된 프라이머/프로브, 또는 프라이머/프로브를 포함하는 PCR 반응 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 분산시켜 수용하는 PCR플레이트, 상기 PCR플레이트의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하는 한 쌍의 히팅블럭을 포함하는 온도제어모듈 및 상기 PCR플레이트의 하부에 배치되어, 상기 반응웰에(W)서 증폭된 반응물의 농도를 스케닝하는 스케닝모듈을 포함하여 구성된다.The present invention relates to a system structure capable of real-time detection of nucleic acid extraction and amplification reactions and amplified products in a device implementing a polymerase chain reaction. The nucleic acid of the biological sample is used as a medium through a nucleic acid extraction reagent stored therein. Or additionally mixed with the polymerase reaction dried product to form a PCR preliminary mixture and inserted into the nucleic acid extraction cartridge to connect a flow path, and the nucleic acid solution or PCR preliminary extracted from the nucleic acid extraction cartridge A PCR plate receiving the mixture and dispersing it in at least one reaction well containing a dried primer/probe, or a PCR reaction product including a primer/probe, and disposed on the PCR plate, and the reaction well (W A temperature control module including a pair of heating blocks for applying different temperatures adjacent to) and a scanning module disposed under the PCR plate to scan the concentration of the amplified reactants in the reaction well (W). It consists of including.
Description
본 발명은 중합효소 연쇄반응을 구현하는 장치 내에서 핵산의 추출과 증폭반응 및 증폭된 결과물을 실시간으로 검출할 수 있는 시스템 구조에 대한 것이다.The present invention relates to a system structure capable of real-time detection of extraction and amplification reactions and amplified products of nucleic acids in a device implementing a polymerase chain reaction.
시간과 장소에 구애받지 않고 환자의 질병을 정확하고 빠르게 진단하는 POC(Point of care) 진단 기술은 증거 기반 정밀의학의 매우 중요한 기술로 주목받고 있다. 기침, 설사, 고열, 생식기 이상 등의 질병증상을 기준으로 질병증상의 원인이 되는 모든 감염병원체를 한번에 빠른 시간에 검사하여 원인 병원체를 확인하고 최적의 항생제와 치료제를 처방하는 증상기반의 현장진단은 미래 정밀의학의 핵심적인 신기술로 많은 연구들이 더해져 발전해 나가고 있다. 이러한 현장진단기술은 기존에 임신을 확인하기 위한 임신테스트키트, 혈당을 확인할 수 있는 혈당측정기와 같이 현장에서 비전문가에 의해서도 빠르고 정확하게 진단을 하는데 그 장점이 있다. 현재 분자진단기술은 다양한 병원체들을 동시에 검사할 수 있는 다중검사법들이 개발되어 있으며 이러한 기술들을 활용하여 감염질병에서 정확한 원인을 알고 최적의 처방을 가능하게 함으로서 조기에 질병을 치료하여 환자의 회복기간을 획기적으로 단축하여 의료의 질을 높이고 의료비용을 절감하는 미래의학의 핵심적인 기술로 주목을 받고 있다. Point of care (POC) diagnosis technology that accurately and quickly diagnoses a patient's disease regardless of time and place is attracting attention as a very important technology for evidence-based precision medicine. On the basis of disease symptoms such as cough, diarrhea, high fever, and genital abnormalities, all infectious pathogens that cause disease symptoms are examined in a short time at a time to identify the causative agent and prescribe optimal antibiotics and treatments. As a key new technology for future precision medicine, many studies are being added and developing. Such on-site diagnosis technology has the advantage of making quick and accurate diagnosis even by non-professionals in the field, such as a pregnancy test kit for confirming pregnancy and a blood glucose meter that can check blood sugar. At present, molecular diagnosis technology has developed multiple test methods that can simultaneously test various pathogens, and by utilizing these technologies, the exact cause of infectious diseases is known and the optimal prescription is possible, thereby treating the disease early to dramatically improve the recovery period of the patient. It is gaining attention as a core technology of future medicine that improves the quality of medical care by shortening it to and reduces medical costs.
그러나 현재의 분자진단 시스템은 결과 확인까지 3시간 이상 소요되고 숙련된 전문가들이 사용해야 하기 때문에, 현장에서 요구되어지는 POC 분자진단을 위해서는 복잡한 핵산추출과정과 실시간 유전자증폭검사를 전자동으로 수행할 수 있는 자동화된 소형장치의 개발이 필수적이며, 전문인력이 아니더라도 손쉽게 작동할 수 있어야 한다. However, the current molecular diagnosis system takes more than 3 hours to confirm the results and must be used by experienced experts, so for the POC molecular diagnosis required in the field, the complex nucleic acid extraction process and real-time gene amplification test can be fully automated. It is essential to develop a compact device that has been developed, and it must be able to operate easily even if it is not a professional person.
대표적인 분자진단방법으로는 중합효소 연쇄반응(PCR(polymerase chain reaction), 이하, 'PCR'이라 한다.)을 이용하는 방법이 있다. 중합효소연쇄반응(PCR)은 1985년 Kary Mullis 에 의해 발명된 이후 특정 DNA를 빠르고 쉽게 증폭할 수 있어 분자생물학과 분자진단 등에 하는 광범위하게 사용되고 있다. PCR/RT-PCR을 이용하면 생체시료 내에 특정한 DNA/RNA가 존재하는지의 여부를 확인할 수 있어 바이러스 등 병원성 미생물 감염을 진단하는데 많이 이용되고 있다. 이 PCR/RT-PCR 기술은 실시간 정량 PCR(RealtimePCR, quantitative PCR) 로 발전하면서 PCR 종료와 동시에 결과를 알 수 있어, 검사과정을 간소화하여 검사시간을 대폭 줄였을 뿐만 아니라, 병원체의 수를 정확하게 정량할 수 있어 HIV, HCV, HBV 바이러스 등의 치료효과를 모니터링하는 표준진단법으로 사용되고 있다. 또한 특정 질병과 관련된 유전자 발현양상이나 유전자변이를 검사할 수 있어 질병을 진단하는데 가장 중요한 기술로 이용되고 있다. As a representative molecular diagnosis method, there is a method using a polymerase chain reaction (PCR (polymerase chain reaction), hereinafter referred to as'PCR'). Polymerase chain reaction (PCR) was invented by Kary Mullis in 1985 and can amplify specific DNA quickly and easily, so it is widely used in molecular biology and molecular diagnostics. Using PCR/RT-PCR, it is possible to check whether a specific DNA/RNA exists in a biological sample, so it is widely used to diagnose pathogenic microbial infections such as viruses. As this PCR/RT-PCR technology evolves into realtime PCR (quantitative PCR), the results can be seen at the end of PCR, thus simplifying the test process and significantly reducing the test time, as well as accurately quantifying the number of pathogens. It is used as a standard diagnostic method to monitor the therapeutic effects of HIV, HCV, and HBV viruses. In addition, it is used as the most important technology for diagnosing diseases as it can test gene expression patterns or genetic mutations related to specific diseases.
이러한 PCR을 수행하기 위해서는 생체시료로부터 PCR 반응을 저해하는 물질들을 제거하고 순수한 핵산을 추출하는 핵산추출단계가 필요하다. 핵산추출과정은 다단계로 이루어져 있고 생체시료 및 핵산추출 조작에 숙련된 기술이 필요하며 수작업으로 이루어질 경우 작업자의 실수로 인한 오염문제 등이 있어서, 대부분 자동화된 핵산추출장비를 사용하여 분자진단이 이루어지고 있다. In order to perform such PCR, a nucleic acid extraction step of removing substances that inhibit PCR reaction from a biological sample and extracting pure nucleic acid is required. The nucleic acid extraction process consists of multiple steps, and requires skilled technology to manipulate biological samples and nucleic acid extraction, and if it is done manually, there is a contamination problem due to operator's error, so most of the molecular diagnosis is performed using automated nucleic acid extraction equipment. have.
PCR 반응 및 반응산물의 검출을 위해서는 실시간 정량 PCR장치가 구비되어 있어야 하므로, 기존에는 주로 대형병원이나 임상검사 전문기관에서 분자진단이 이루어졌다.Since a real-time quantitative PCR device must be equipped for PCR reaction and detection of reaction products, molecular diagnosis has been performed mainly in large hospitals or specialized clinical laboratory institutions.
최근 연구개발을 통해 핵산의 추출, PCR 반응 및 반응산물검출의 전 과정을 자동화하여 전문적인 기술이 없더라도 손쉽게 PCR을 이용할 수 있는 다양한 자동화 시스템 및 이를 이용하는 장치들이 개발된 바 있다.Through recent research and development, various automated systems and devices using the same have been developed to automate the entire process of nucleic acid extraction, PCR reaction, and reaction product detection, so that PCR can be easily used even without specialized technology.
하지만, 기존의 장치들은 너무 고가이거나 처리시간이 많이 소요되고 한번에 다양한 검사가 이루어지기 어려운 문제점이 있다. However, existing devices are too expensive or take a lot of processing time, and it is difficult to perform various tests at once.
PCR의 기본원리를 설명하면 DNA 이중나선을 95도 가열하여 단일가닥으로 분리시킨 다음, 반응용액을 어넬링 온도로 냉각시켜 PCR 반응용액에 들어 있는 증폭하려는 부위의 양말단에 상보적인 프라이머가 선택적으로 혼성화가 되게 하면, DNA 중합효소가 각각의 단일가닥에 상보적인 A,G,T,C 4종의 nucleotide triphosphate를 순차적으로 연결하여 2중나선으로 만드는 반응을 반복적으로 수행하는 것이다. 실험적으로 PCR 반응용액을 가온, 냉각하는 것을 반복적으로 30 내지 45 사이클(n)을 수행하여, 특정 DNA 이중나선을 2n개 만큼 기하급수적으로 증폭시키는 반응이다. RT-PCR 반응은 역전사 반응을 통해 cDNA 를 합성한 다음 PCR 을 통해 증폭할 수 있게 됨으로써 RNA를 검출하기 위한 방법으로 확장되었다. To explain the basic principle of PCR, the DNA double helix is heated to 95 degrees to separate it into a single strand, and then the reaction solution is cooled to an annealing temperature to selectively use complementary primers at both ends of the site to be amplified in the PCR reaction solution. When hybridization is performed, the DNA polymerase repeats a reaction to form a double helix by sequentially connecting four kinds of nucleotide triphosphates complementary to each single strand of A, G, T, and C. Experimentally, heating and cooling the PCR reaction solution are repeatedly performed 30 to 45 cycles (n) to amplify a specific DNA double helix by 2 n exponentially. The RT-PCR reaction was extended as a method for detecting RNA by synthesizing cDNA through reverse transcription and then amplifying it through PCR.
PCR이 분자진단에 본격적으로 활용되기 위해, 새롭게 개발된 실시간 정량PCR 의 원리를 설명하면, PCR 반응을 이용하여 증폭되는 DNA의 정량분석을 위해, DNA의 양에 비례해서 형광이 발생되는 물질을 PCR 반응액에 첨가한 후, 각 사이클 마다 형광을 측정하여 임계 형광값이 검출되는 사이클을 찾아내어 이로부터 초기의 타겟핵산의 농도를 정량적으로 측정하는 방법이다. In order to fully utilize PCR for molecular diagnosis, the newly developed real-time quantitative PCR principle is explained. For quantitative analysis of the amplified DNA using PCR reaction, a substance that generates fluorescence in proportion to the amount of DNA is PCR After adding to the reaction solution, fluorescence is measured in each cycle to find the cycle in which the critical fluorescence value is detected, and from this, the concentration of the initial target nucleic acid is quantitatively measured.
PCR이 발명된 이후 다양한 응용기술들이 개발되는 동안, 게놈프로젝트를 통해 수많은 병원체와 질병관련 유전자염기서열들이 알려지고 이러한 질병관련 DNA/RNA 염기서열을 증폭하여 정성, 정량으로 진단하는 분자진단이 빠르게 발전해 왔다. 기존의 PCR은 온도를 순환하는 데 있어서 2시간 내외의 시간이 걸리기 때문에, 현장진단을 위해 보다 빠르고 정확하게 PCR을 수행할 수 있는 방법들이 지속적으로 개발되어 왔다. (Lab Chip, 2016, 16, 3866-3884) Since the invention of PCR, while various application technologies have been developed, numerous pathogens and disease-related gene sequences have been known through the genome project, and molecular diagnosis that amplifies these disease-related DNA/RNA sequences to diagnose qualitatively and quantitatively has rapidly developed. come. Since conventional PCR takes around 2 hours to cycle through the temperature, methods for performing PCR more quickly and accurately for on-site diagnosis have been continuously developed. (Lab Chip, 2016, 16, 3866-3884)
빠른 시간에 PCR 반응을 수행하기 위해서는 반응용액의 온도를 빠르게 변화시켜 주어야 한다. 또한 정확한 PCR 반응으로 원하는 타겟만을 증폭하기 위해서는 프라이머들이 원하는 타겟에 특이적으로 붙도록 디자인 되어야 하고, PCR 온도순환 반응에서 어넬링 온도를 정확하게 조절을 해주어야 한다. In order to perform the PCR reaction in a short time, the temperature of the reaction solution must be changed rapidly. In addition, in order to amplify only the desired target through an accurate PCR reaction, the primers must be designed to specifically attach to the desired target, and the annealing temperature must be accurately controlled in the PCR temperature cycle reaction.
이를 위해서는 기존에 실험실에서 일반적으로 사용되고 있는 0.5, 0.2ml 반응기보다. 가능한 한 열용량이 작고 열전달이 잘되는 미세 PCR 반응용기들이 개발되었다. 이러한 미세 반응기들은 반응용액을 적게 사용하고 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에 빠르게 열전달이 되어서 빠른 가열과 냉각이 가능하다. 실리콘 웨이퍼에 17 X 15 mm 의 크기로 40-80 um 의 얇은 반응홈에 PCR 용액 10 ul 를 넣고 유리판으로 덮어서 표면적이 높게 유지해 주었으나 (>100 mm2/10ul) 기존의 Peltier 방식의 thermal block 을 사용하여 한 사이클이 약 3분으로 시간을 단축시키는 것은 보여주지 못하였다.( Clin. Chem. 40/9, 1815-1818 (1994))For this, compared to the 0.5 and 0.2 ml reactors that are commonly used in laboratories. Micro-PCR reaction vessels with small heat capacity and good heat transfer as possible have been developed. Since these microreactors use less reaction solution and have a large surface area, heat transfer is possible quickly and rapid heating and cooling are possible. A silicon wafer with a size of 17 X 15 mm, 10 ul of PCR solution was put in a thin reaction groove of 40-80 um and covered with a glass plate to keep the surface area high (>100 mm2/10ul), but the conventional Peltier thermal block was used. Thus, it did not show that one cycle shortened the time to about 3 minutes (Clin. Chem. 40/9, 1815-1818 (1994)).
PCR 반응기를 빠르게 열순환을 시키기 위해 고온수조와 저온수조에 PCR 반응기를 반복적으로 담구어 옮겨 다니는 방식이 초기의 PCR 반응장치로 개발되었다. (Turbo Thermalcycler. Bioneer Corp. Daejeon). 이렇게 온도가 다른 구역에 반응기를 순환시키는 PCR 장비는 공간이동방식으로서 미리 정확하게 온도가 유지되고 있는 항온수조에 반응기를 담굼으로서 빠르게 정확하게 PCR 반응을 시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 여러 개의 항온 수조가 필요하여 장비가 크고 유지관리가 손이 많이 가서 고정된 블록에서 Peltier 소자 등을 이용하여 시간에 따라 온도를 바꾸어주는 시간차 온도순환방식을 채택한 PCR 장비가 주종을 이루고 있다. In order to rapidly thermally cycle the PCR reactor, a method of repeatedly immersing the PCR reactor in a high-temperature water bath and a low-temperature water bath was developed as an initial PCR reaction device. (Turbo Thermalcycler. Bioneer Corp. Daejeon). The PCR equipment that circulates the reactor in the different temperature zones has the advantage of being able to quickly and accurately perform PCR reactions by immersing the reactor in a constant temperature water tank in which the temperature is accurately maintained in advance as a space movement method. However, since several constant temperature water tanks are required, the equipment is large and maintenance is laborious, and the PCR equipment adopting the time difference temperature circulation method that changes the temperature over time using a Peltier element in a fixed block is the main type.
미세유로를 이용한 PCR 방식도 공간이동 온도순환방식과 시간차 온도순환방식으로 개발이 되었다. 공간이동 온도순환방식은 크게 FIFO(First-In-First-Out) 방식으로 연속적으로 흘러나가는 개방된 반응기방식과 다른 온도구간을 반복적으로 이동하는 폐쇄형 방식으로 나누어 볼 수 있다. 개방형방식으로는 1994년에 Nakano 등이 온도가 다른 구획을 가지는 원통형 블록에 모세관을 감아서 여기에 연속적으로 PCR 용액을 흘려 보내는 방식으로 개발이 되었다. (Biosci. Biotech. Biochem., 58(2), 349-352, 1994) 이것을 미세유로형태로 1998년 고온과 저온구간을 반복해서 흘러 통과하는 미세유로방식의 PCR 장비가 Kopp 등에 의해 10 ul 의 용액을 4.5초의 사이클로 20 사이클 통과시켜 PCR 이 진행되는 것을 확인하였다. (Science 280 1046-1048, 1998)The PCR method using micro-channels was also developed as a space-moving temperature circulation method and a time difference temperature circulation method. The space moving temperature circulation method can be broadly divided into an open reactor method that continuously flows in a FIFO (First-In-First-Out) method and a closed type method that repeatedly moves other temperature sections. The open method was developed by Nakano et al. in 1994 by winding a capillary tube around a cylindrical block having compartments with different temperatures and continuously flowing the PCR solution thereto. (Biosci. Biotech. Biochem., 58(2), 349-352, 1994) This is a micro-channel type PCR equipment that repeatedly flows through high and low temperature sections in 1998. It was confirmed that PCR proceeded by passing through 20 cycles with a cycle of 4.5 seconds. (Science 280 1046-1048, 1998)
따라서 본 발명의 주된 목적은 생체시료로부터 핵산의 추출, PCR 반응 및 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광을 스캐닝 을 통해 전자동으로 타겟 핵산 검출을 수행할 수 있으며, 한 번의 작동으로 다수의 타겟을 검사할 수 있고 , 사용이 간편하며, 특히 빠른 시간에 정확한 결과를 얻을 수 있는 장치를 제공하는데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to extract nucleic acids from biological samples, perform PCR reactions, and perform detection of target nucleic acids fully automatically through scanning excitation light and corresponding fluorescence of various wavelengths. It is to provide a device that can be used, is easy to use, and can obtain accurate results in a particularly fast time.
나아가, 본 발명의 다른 목적은 PCR 과정에 필요한 온도 조절과정을 열변성과정에 필요한 온도와 결합과정에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 빠르게 반복적으로 인가가 가능하도록 하여 신속하고 정확한 PCR이 가능하도록 하여, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.Further, another object of the present invention is to enable rapid and accurate PCR by allowing rapid and repetitive application of the temperature control process required for the PCR process to the temperature required for the heat denaturation process and the exact temperature required for the bonding process, It is to provide a device that can maximize the reliability of the reaction.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예들에서는, 도 1 내지 도 23에 게시된 것과 같이, 내부에 저장된 핵산추출시약을 매개로 상기 생체시료의 핵산을 추출하는, 핵산 추출 카트리지(100); 상기 핵산 추출 카트리지에 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 핵산용액을 인가받아, 프라이머 또는 프라이머/프로브 또는 프라이머프로브가 포함된 PCR혼합물 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 수용하는 PCR플레이트(200); 및 상기 PCR플레이트(200)의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하며, 수평동작 및 상하 이동동작이 가능한 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300)을 포함하는 중합효소 연쇄반응 시스템을 제공할 수 있도록 한다.As a means for solving the above-described problem, in embodiments of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 23, a nucleic acid extraction cartridge for extracting the nucleic acid of the biological sample through a nucleic acid extraction reagent stored therein. (100); At least one reaction in which the nucleic acid extraction cartridge is coupled in a structure in which a flow path is connected, and the nucleic acid solution extracted from the nucleic
본 발명의 실시예에 따르면, 생체시료로부터 핵산의 추출, PCR 반응 및 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝을 통한 실시간 반응산물검출을 자동화하여 수행할 수 있으며, 한 번의 작동으로 여러 가지 검사가 가능하고, 사용이 간편하며, 특히 빠른 시간에 정확한 결과를 얻을 수 있는 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, extraction of nucleic acids from biological samples, PCR reactions, excitation light of various wavelength bands, and real-time reaction product detection through corresponding fluorescence scanning can be automated and performed, and various tests can be performed with a single operation. It is possible to provide a device that is easy to use and can obtain accurate results in a particularly fast time.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, PCR 과정에 필요한 온도 조절을 열변성 단계와 결합에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 빠르게 실시간으로 한 번에 인가가 가능하도록 하여 정확한 PCR이 가능하도록 함으로써, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the temperature control required for the PCR process can be quickly applied to the reaction object at once in real time by controlling the temperature required for the heat denaturation step and the combination of the reaction. There is an effect that can maximize reliability.
즉, 종래의 반응액을 이동시키며 온도를 상승시키는 온도 제어 방식의 경우, 온도의 균일한 증가를 가할 수 없어서 PCR 반응에 불리하게 되며, 반응액이 이동하며 순차적인 온도증가를 가져오게 되는 방식으로 반응물 전체에 동시에 온도 균일화를 구현할 수 없어 다른 반응이 일어날 소지가 높게 되는 문제를 일소하여, 히팅블럭에 설정된 온도 범위를 항온 상태로 유지하며, 반응액 전체에 직접 가압하여 온도를 증가시키는 방식으로 PCR 반응에 필요한 온도 증가를 매우 효율적으로 구현할 수 있다.In other words, in the case of the conventional temperature control method in which the reaction solution is moved and the temperature is increased, the temperature cannot be uniformly increased, which is disadvantageous to the PCR reaction, and the reaction solution moves and sequentially increases the temperature. By eliminating the problem of high possibility for other reactions to occur because it is not possible to achieve temperature uniformity across the entire reactant at the same time, the temperature range set in the heating block is maintained at a constant temperature, and the temperature is increased by directly pressurizing the entire reaction solution. The temperature increase required for the reaction can be implemented very efficiently.
나아가, 온도를 고온에서 저온으로 변화시키는 과정 역시 시간지연을 최소화하기 위해, 블록형상의 히팅블럭 구조물을 나란히 이격되도록 배치하고, PCR플레이트를 가압하는 경우, 히팅블럭의 위치를 변경하여, 개별적으로 서로 다른 온도를 가지는 히팅블럭으로 하여금 실시간으로 가압이 이루어지게 하는바, 온도 변화과정에서 필요한 시간 지연으로 인한 문제를 획기적으로 해소할 수 있게 된다.Furthermore, in the process of changing the temperature from high temperature to low temperature, in order to minimize the time delay, block-shaped heating block structures are arranged side by side, and when the PCR plate is pressed, the positions of the heating blocks are changed individually. Since the heating block having a different temperature is pressed in real time, the problem caused by the required time delay in the temperature change process can be remarkably solved.
나아가, PCR플레이트를 핵산 추출 카트리지에 삽입형 구조로 구현하여, 핵산추출카트리지는 공통으로 사용하고 다양한 검사키트에 사용되는 PCR플레이트를 적은 공간에 보관하면서 검사시에 적합한 PCR플레이트를 필요에 따라 삽입하여 사용할 수 있다. PCR플레이트 내에 구비되는 한 개의 반응웰에서 최대 6개의 형광값을 분석할 수 있도록 하고, 필요에 따라 PCR플레이트의 반응웰을 8개까지 증가시킬 수 있어서, 증상과 관련된 환자의 생체시료에 포함되어 있을 가능성이 있는 모든 병원균들을 증폭하여 검출할 수 있어 증상기반의 다중 분자진단 검사를 제공할 수 있도록 한다.Furthermore, by implementing the PCR plate into the nucleic acid extraction cartridge in an insert-type structure, the nucleic acid extraction cartridge is used in common, and the PCR plate used for various test kits is stored in a small space, and a suitable PCR plate is inserted and used as needed. I can. It is possible to analyze up to 6 fluorescence values in one reaction well provided in the PCR plate, and if necessary, the reaction well of the PCR plate can be increased to 8, so that it may be included in the patient's biological sample related to symptoms. All possible pathogens can be amplified and detected, enabling symptom-based multi-molecular diagnostic tests to be provided.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 항온플레이트를 제1온도와 제2온도의 구배를 가지는 영역으로 분획하고, 구동모듈을 통해 히팅블럭의 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 영역이 대응되도록 이동하여, PCR플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the constant temperature plate is divided into regions having a gradient between the first temperature and the second temperature, and a set temperature corresponding to the temperature of the heating block when the heating block is pressed through a driving module By moving the region having 1 temperature or the second temperature) to correspond to each other and performing contact pressurization on the upper and lower surfaces of the PCR plate at the same time, there is also an effect of realizing twice the efficiency compared to the constant temperature plate method maintained at a single temperature. .
또한, 이동형 항온플레이트 구조를 구현함에, 구동 동작을 진행하는 구성으로 슬라이딩 테이프를 사용하여 제품의 구성과 이동의 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며, 타겟 내에 들어 있는 플레이트의 가열시간을 상하면 동시에 구현되는 방식을 취하므로, 검사시간을 1/2로 줄일 수 있는 장점도 구현된다.In addition, in the implementation of a movable constant temperature plate structure, a sliding tape can be used to secure the reliability of the product configuration and movement as a configuration in which the driving operation is performed, and a method that is implemented at the same time when the heating time of the plate in the target is increased. Since it takes, the advantage of reducing the inspection time by 1/2 is also implemented.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 요부 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에서의 온도조절모듈(300)의 구조를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 PCR플레이트(200)의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 적용되는 항온플레이트와 수평이동 구동모듈의 구조 및 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 핵산 추출 카트리지의 사시개념도로, 상술한 PCR플레이트가 삽입 결합된 구조를 도시한 것이다.
도 14은 도 13의 분리사시도이다.
도 15는 도 14의 구조에서 카트리지 덮개부(R1)의 내부 구조를 도시한 것이다.
도 16은 도 14의 구조의 결합상태를 투시도로 도시한 것이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 카트리지구조의 하부 작동 상태를 도시한 것이다.
도 20은 상술한 본 발명인 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 장치 전체적인 구조와 배치 구성을 도시한 것이다.
도 21은 도 20에서 본 발명의 주요부의 결합배치도를 확대한 것이며, 도 22는 도 21 부분의 수직단면 개념도를 도시하여 요부 구성의 배치를 제시한 것이다.
도 23은 도 22의 측면사시 단면개념도를 도시한 것이다.1 is a block diagram showing the configuration of the main parts constituting the polymerase chain reaction system according to an embodiment of the present invention.
2 to 7 are views for explaining the structure of the
Figure 8 shows an embodiment of the
9 to 12 are conceptual diagrams for explaining the structure and operation of the constant temperature plate and the horizontal movement driving module applied to the present invention.
13 is a perspective conceptual diagram of the nucleic acid extraction cartridge of the present invention, showing a structure in which the above-described PCR plate is inserted and coupled.
14 is an exploded perspective view of FIG. 13.
FIG. 15 shows the internal structure of the cartridge lid part R1 in the structure of FIG. 14.
FIG. 16 is a perspective view showing the combined state of the structure of FIG. 14.
17 to 19 show a lower operating state of the cartridge structure of the present invention.
20 shows the overall structure and arrangement of the apparatus constituting the polymerase chain reaction system of the present invention described above.
FIG. 21 is an enlarged view of an arrangement of main parts of the present invention in FIG. 20, and FIG. 22 is a conceptual diagram showing a vertical cross-sectional view of the part of FIG.
FIG. 23 is a side perspective cross-sectional conceptual view of FIG. 22.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of the presence or addition.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)을 구성하는 요부 구성을 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing the configuration of the main components constituting the polymerase chain reaction system (hereinafter referred to as'the present invention') according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)은 PCR 과정에 필요한 온도 조절과정을 열변성(denaturation) 과정에 필요한 온도와 결합과정(annealing)에 필요한 정확한 온도를 반응 대상물에 시간적인 차이 없이 실시간으로 한 번에 인가가 가능하도록 하여 정확한 PCR이 가능하도록 하며, 반응의 신뢰성을 극대화할 수 있도록, PCR 반응 플레이트에 접촉하여 특정 온도를 인가하는 히팅블럭 구조물로 구현되는 온도조절모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.Referring to Figure 1, the polymerase chain reaction system according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as'the present invention') is a temperature control process required for the PCR process, the temperature required for the heat denaturation process and the bonding process. Accurate PCR is possible by applying the exact temperature required for (annealing) to the reaction object in real time without time difference, and to maximize the reliability of the reaction, contact the PCR reaction plate to set a specific temperature. It characterized in that it comprises a temperature control module implemented as a heating block structure to be applied.
이러한 본 발명에 따른 온도조절모듈은, 온도를 제1온도에서 상대적으로 저온인 제2온도 또는 이 역의 과정으로 제2온도에서 상대적으로 고온인 제1온도로 구현하는데 소요되는, 시간지연을 최소화하도록, 제1온도와 제2온도로 각각 설정된 히팅블럭의 위치를 변경하여 실시간으로 PCR 반응 플레이트에 가압이 이루어지게 하는바, 온도 변화과정에서 필요한 시간 지연으로 인한 문제를 획기적으로 해소할 수 있게 된다.The temperature control module according to the present invention minimizes the time delay required to implement a temperature from a first temperature to a relatively low temperature second temperature or a second temperature to a relatively high temperature first temperature in the reverse process. Thus, by changing the positions of the heating blocks respectively set to the first temperature and the second temperature, the PCR reaction plate is pressurized in real time, so that the problem due to the required time delay in the temperature change process can be drastically solved. .
나아가, 본 발명에서는 PCR플레이트의 하부에 배치되며, 슬라이딩 방식으로 수평이동하는 구조로 동작하는 항온플레이트 구조물을 더 구비하도록 구현할 수 있다. 이 경우, 상기 PCR플레이트의 온도를 제1온도 또는 제2온도로 유지하는 항온플레이트 구조물로 온도 변화 조건의 인가에 필요한 소요시간을 최소화하여 반응속도를 극대화할 수 있도록 한다.Further, in the present invention, it may be implemented to further include a constant temperature plate structure that is disposed under the PCR plate and operates in a horizontally moving structure in a sliding manner. In this case, it is a constant temperature plate structure that maintains the temperature of the PCR plate at the first temperature or the second temperature, thereby minimizing the time required for application of the temperature change condition to maximize the reaction speed.
구체적으로, 본 발명은, 내부에 저장된 핵산추출시약을 매개로 상기 생체시료의 핵산을 추출하고, PCR 예비 혼합물 또는 주형물을 형성하는 핵산 추출 카트리지(100), 상기 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 PCR 예비 혼합물 또는 주형물을 인가받아, 프라이머와 프로브 중 적어도 일측이 포함된 PCR 건조물이 수용된 적어도 한개 이상의 반응웰에 분산시켜 수용하는 PCR플레이트(200), 상기 PCR플레이트(200)의 상부에 배치되며, 상기 반응웰(W)에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하는 한 쌍의 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도제어모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the present invention, the nucleic
본 발명은 상술한 구성을 통해, 핵산 추출 카트리지를 통해 전문가가 아니라도 원하는 시료를 투입하여 자유롭게 핵산추출이 이루어질 수 있도록 하는 편의성을 제공하는 동시에, PCR플레이트(200)에 가해지는 증폭에 필요한 온도 순환을 얇은 필름과 압착을 통해 PCR플레이트 내의 반응용액에 직접 목표온도를 인가할 수 있는 히팅블럭 구조물을 이용하여 빠르고 정밀한 온도 제어가 가능하도록 할 수 있다. The present invention provides the convenience of allowing nucleic acid extraction to be freely performed by inserting a desired sample through the nucleic acid extraction cartridge through the above-described configuration, and at the same time, the temperature cycle required for amplification applied to the
또한, 스캐닝 모듈을 통해, 실시간으로 PCR플레이트 하부에서 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝을 통해 반응물에 대한 검출작업이 이루어질 수 있도록 하나의 시스템으로 구현된 중합효소 연쇄반응(이하, 'PCR'이라 한다.) 장치를 제공할 수 있도록 할 수 있다.In addition, the polymerase chain reaction (hereinafter referred to as'PCR') implemented as a single system so that the detection of the reactants can be performed by scanning the excitation light of various wavelength bands and the corresponding fluorescence under the PCR plate in real time through the scanning module. You can make it possible to provide a device.
도 2 내지 도 7은 본 발명에서의 온도조절모듈(300)의 구조를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.2 to 7 are views for explaining the structure of the
도 2 및 도 3은 본 발명의 온도조절모듈의 사시개념도를 도시한 것이다.2 and 3 are perspective conceptual diagrams of the temperature control module of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 온도조절모듈(300)은 생체시료의 핵산을 추출하고, 중합효소와 혼합하여 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물 또는 핵산추출물을 핵산추출 카트리지로부터 주입 받아 수용하는 PCR플레이트 (200)에 대해 일정한 온도 제어를 수행하는 기능을 수행한다.2 and 3, the
구체적으로는, 상기 온도제어모듈(300)은, PCR플레이트 (200)에 구현되는 반응웰(W) 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 가열유닛에 의해 열변성(denaturation)에 필요한 온도(이하, '제1온도')의 범위로 설정된 온도로 유지되는 제1히팅블럭 (310)을 구비한다. 동시에, 상기 제1히팅블럭(310)과 대응되는 위치에 이격되어 배치되며, 상기 반응웰 표면에 대응하는 제2가압면(G2)이 마련되며, 가열유닛에 의해 결합(annealing)에 필요한 온도(이하, '제2온도')의 범위로 설정된 온도로 유지되는 제2히팅블럭(320)을 구비하여 구성된다. 특히, 상기 제1히팅블럭(310)과, 상기 제2히팅블럭(320)의 구조물은 수평동작 및 상하 이동동작이 가능하도록 구현될 수 있도록 한다. Specifically, the
바람직한 실시예에서는, 상기 제1히팅블럭(310)과, 상기 제2히팅블럭(320)은 입체형 구조를 구비하며, 하부면에 평평한 구조의 가압면을 구비하도록 할 수 있으며, 제1히팅블럭(310)과, 상기 제2히팅블럭(320)은 상호 이격되도록 배치될 수 있으며, 각각 다른 온도 범위의 온도를 가지도록 할 수 있다.In a preferred embodiment, the
구체적으로, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상호 마주보는 구조로 대향 배치되며, 전체적으로 상부면에는 평평한 구조의 가압기능을 수행하기 위한 구조로 구현되며, 그 위 부분은 직육면체의 입체형 구조로 구비될 수 있다. 직육면체의 입체형 구조의 구현은 하나의 실시예이며, 가압을 위한 평평한 구조의 가압면을 구비하는 형상이면 어떠한 입체형상을 구비하더라도 본 발명의 요지에 포함된다고 할 것이다.Specifically, the
또한, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 측면으로 배치되되, 인접한 면은 상호 이격되는 구조로 구현되며, 각각이 서로 다른 설정온도를 구비하도록 유지될 수 있다.In addition, the
이를테면, 제1히팅블럭(310)의 상기 제1온도는 이중나선 DNA(생체시료에서 추출된 DNA 포함)를 분리시키는 열변성 단계(denaturation)에 적용하는 온도로 94 ~ 96℃의 범위에서 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일예에서는, 95℃로 유지되도록 할 수 있다.For example, the first temperature of the
나아가, 제2히팅블럭(320)의 상기 제2온도는, 분리된 주형 DNA에 프라이머가 결합되도록 하는 프라이머 결합 단계(annealing)에 필요한 온도로, 50 ~ 65℃의 범위에서 설정될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일예에서는, 55℃로 유지되도록 할 수 있다.Further, the second temperature of the
상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 내부에 물이나 열전달유체를 수용하는 방식이 아니라 열용량이 크고 열전달효율이 좋은 금속재질의 몸체를 구비하는 구조로 구현되어, 내부의 가열유닛에 의해 설정온도로 상시 유지가 가능하다. 이를 위해 내부에 온도센서를 장착하여 일정한 온도 유지를 할 수 있도록 가열유닛은 온도조절을 통해 제어되어야 한다.The
즉, 상기 PCR플레이트 (200)에 PCR 예비 혼합물이 주입되는 경우, 상기 제1온도의 적용이 필요한 시기에는 상기 제1히팅블럭(310)이 수평이동하여 상기 PCR플레이트 (200)의 표면에 인접하게 된다. 즉, 제1가압면(G)은 평평한 구조의 평판 구조인 바, PCR플레이트 (200)의 전표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열이 가능하게 되는 바, 전체 시료에 균일한 온도전달이 가능하게 된다.That is, when the PCR preliminary mixture is injected into the
또한, 결합단계에 필요한 상기 제2온도의 적용이 필요한 시기에는 제2히팅블럭(320)이 수평이동하여 PCR플레이트의 상부에 위치하게 되며, PCR플레이트 (200)의 전표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열이 가능하도록 한다.In addition, when it is necessary to apply the second temperature required for the bonding step, the
즉, 설정온도 반응을 준비하는 시간이 별도로 필요하지 않으며, 간단한 수평 동작에 의해 PCR플레이트 (200)의 전표면에 동시에 동일한 온도로 동일한 가압력으로 가열이 가능한 방식으로 구동하게 되는 바, 기존의 설정온도를 제어하기 위한 방식에 비해 신속하고 정밀한 PCR 반응을 도출해 낼 수 있게 된다.In other words, it does not require a separate time to prepare the set temperature reaction, and it is driven in a manner that allows heating with the same pressing force at the same temperature at the same time on the entire surface of the
또한, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)은 서로 다른 온도로 설정되어 있어서 상시적으로 제1히팅블럭에 의해 제2히팅블럭이 복사열, 전도열에 의해 가열될 수 있음을 감안하여, 두 구조물 사이의 이격 공간에 냉각효과를 구현할 수 있는 냉각팬유닛(340)을 구비할 수 있도록 한다.In addition, since the
상기 제2히팅블럭(320)은 상대적으로 제2온도, 이를테면, 55℃의 어닐링 온도를 유지할 수 있도록 하는 것이 중요한 바, 제1히팅블럭(310)의 열간섭을 최소화하고 넘치는 열을 쉽게 냉각팬유닛에 의해 발산할 수 있는 발산형 냉각패턴을 상부에 구비할 수 있다. 이러한 일 예로, 본 발명에서는, 상기 제2히팅블럭(320)에 제2가압면(G2)의 측면부에 구현되는 온도조절 패턴부(321)를 더 포함하도록 할 수 있다. 상기 온도조절 패턴부(321)은 상부에 돌출형 패턴이 다수 구현되는 구조로, 공기와의 접촉 표면적을 넓혀 열 발산 효율을 높일 수 있어, 일정한 저온을 유지하는데 유리하게 한다.It is important that the
상술한 본 발명은 PCR 반응을 구현하는 반응시료를 이동하거나 시간설정을 통해 다른 가열영역으로 이동시키는 방식과는 달리, 반응시료를 고정한 상태에서 상부에서 전체적으로 동시에 균일한 온도를 높일 수 있도록 히팅블럭 구조를 적용하여, 제1온도 및 제2온도의 정확한 전달을 구현할 수 있게 된다.Unlike the method of moving a reaction sample implementing a PCR reaction or moving to another heating zone through a time setting, the present invention has a heating block structure so as to increase a uniform temperature overall and at the same time while the reaction sample is fixed. By applying, it is possible to implement accurate transfer of the first temperature and the second temperature.
아울러, 본 발명에서의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)은 수평동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈(330)과 연동하도록 하는 것이 바람직하다. 구동모듈(330)은 제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)을 관통하는 가이드부재(331, 332)를 포함하며, 제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)은 가이드부재(331, 332)를 따라 상하 이동을 수행하도록 할 수 있다.In addition, it is preferable that the
즉, 본 발명에서의 제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)은 상호 이격되어 배치되며, 구동모듈(330)의 동작에 따라 상호 교차하여 상하 이동을 구현하게 된다. 나아가, 가이드부재(331, 332)의 하부에 배치되는 탄성부재(S1, S2)를 더 포함하도록 하여, 히팅블럭(310, 320)이 PCR플레이트(200)를 가압하는 경우, 적절한 탄성력을 주어 완충작용을 할 수 있도록 함이 바람직하다(도 5참조).That is, in the present invention, the
또한, 본 발명의 실시예에서는, 상술한 온도조절모듈과 연동하는 항온플레이트(350)를 더 포함하여 구비할 수 있도록 한다.In addition, in the embodiment of the present invention, it is possible to further include a
또한, 본 발명의 실시예에서는, 상술한 온도조절모듈과 연동하는 항온플레이트(350)를 더 포함하여 구비할 수 있도록 한다.In addition, in the embodiment of the present invention, it is possible to further include a
상기 항온플레이트(350)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 온도조절모듈(300)을 구성하는 히팅블럭(310, 320) 구조물의 하부에 배치되며, PCR플레이트(200)가 진입하고 난 후, 상부에서 온도조절모듈(300)의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)이 수평동작과 상하 이동동작에 의해 PCR플레이트를 가압하는 경우, 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)의 온도와 동일한 온도를 가지도록 기능할 수 있도록 한다.The
이를 위해, 상기 항온플레이트(350)는, 상기 PCR플레이트(200)의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.To this end, the
이를 위해, 상기 항온플레이트(350)는, 상기 PCR플레이트(200)의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.To this end, the
상기 수평이동 구동모듈(400)은, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 항온플레이트(350)의 일단에 결합하는 이동바(420)와 구동모터부(410), 그리고 상기 구동모터부(410)의 회전력을 상기 이동바(420)의 수평이동력으로 전환하는 전환플레이트(430)을 포함하여 구성될 수 있다.The horizontal
이러한 수평이동 구동모듈(400)은 상기 항온플레이트(350)를 상술한 온도조절모듈(300)의 하부 방향으로 수평이동할 수 있도록 하며, 특히, 본 발명의 실시예에 따른 상기 항온플레이트(350)는, 제1온도로 가온되는 제1영역과, 상기 제1영역과 이격되는 제2온도로 가온되는 제2영역으로 구획되는 구조로 구현될 수 있다.(도 21 내지 도 23 부분의 설명 참조)The horizontal
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 온도제어모듈(300)과 항온플레이트(350)는 가이드부재(331, 332)를 매개로 상호 일체형으로 구현되도록 할 수 있다.In particular, in a preferred embodiment of the present invention, the
즉, 수평이동 구동모듈(400)이 구동하는 경우, 상기 항온플레이트(350)과 상기 히팅블럭(310, 320)을 포함하는 온도조절모듈(300)이 함께 이동될 수 있도록 할 수 있다. That is, when the horizontal
이 경우, 상기 항온플레이트(350)는, 제1온도로 가온되는 제1영역과, 상기 제1영역과 이격되는 제2온도로 가온되는 제2영역을 포함하며, 상기 제1히팅블럭(310)의 제1가압면(G1)은 상기 제1영역의 상부에 대응되도록 배치되도록 하여 동시에 동일한 온도로 상하에서 항온플레이트(350)과 히팅블럭(310, 320) 사이에 PCR플레이트(200)을 배치하고 가압이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.In this case, the
즉, 본 발명의 실시예에서는, 상기 항온플레이트(350)를 제1온도와 제2온도의 구배를 가지는 영역으로 분획하고, 수평이동 구동모듈(400)을 통해 히팅블럭의 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 영역이 대응되도록 슬라이딩 구조로 수평 이동하여, PCR플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현하게 된다.That is, in the embodiment of the present invention, the
도 4는 도 3에서의 온도조절모듈을 후방에서 바라본 횡단면도이며, 도 5는 온도조절모듈을 전방에서 바라본 횡단면도를 도시한 것이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of the temperature control module in FIG. 3 as viewed from the rear, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the temperature control module as viewed from the front.
이와 같이, 본 발명의 온도조절모듈(300)은 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 수평동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈(330)을 구비하여 이러한 히팅모듈의 동작을 자동화할 수 있도록 한다.As described above, the
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 구동모듈(330)은, 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 상하이동시키는 동작을 수행하며, 동시에 수평이동 구동모듈(400)은 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 수평이동시켜 PCR플레이트(200) 상의 상기 반응웰의 표면에 접하는 부분을, 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)으로 변경시킬 수 있도록 한다.2 to 5, the
제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)은 상호 이격된 상태로 나란하게 배치되는 구조이며, 각각에는 가이드홈(312, 322; 도 2참조)이 관통구조로 마련되며, 제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)은 가이드홈(312, 322)을 관통하는 가이드부재(331, 332)에 안착하게 된다. 이를 통해, 제1히팅블럭(310)과 제2히팅블럭(320)은 가이드부재(331, 332)를 따라 상하 이동을 수행하며, PCR플레이트(200)를 상부에서 가압할 수 있게 된다.The
물론, 이 경우 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)의 하부에는 항온플레이트(350)이 배치되며, 각각의 히팅블럭이 구비한 제1온도 또는 제2온도와 동일한 온도를 가지는 영역을 대응시켜, PCR플레이트를 상하에서 가압할 수 있도록 한다.Of course, in this case, a
상술한 바와 같이, 본 발명에서의 온도제어모듈(300)은 PCR플레이트(200) 내의 PCR 대상물 전체에, 제1온도와 제2온도를 PCR플레이트 표면 전체에 바로 인가할 수 있게 되는 장점이 구현되며, 인가 속도 측면 및 반응효율측면에서 탁월한 효과를 구현할 수 있게 된다.As described above, the
또한, 상기 온도제어모듈(300)의 히팅블럭의 구조물은 상시로 수평이동이 가능한 상부에 위치하도록 하고 PCR플레이트와 압착할 경우에만 하부로 내려오는 구조이다.In addition, the structure of the heating block of the
이런 구조를 구현하기 위해 상기 구동프레임 내부에 내삽되는 구조 배치되어 압착하지 않은 경우 상시 상부로 상승하게 하는 복원력을 가진 제1탄성부재(S1))를 포함할 수 있도록 한다. 본 발명에서는, 또한 상기 PCR플레이트(200)에 접하여 가압을 구현하는 경우, 지나친 가압력을 인가하는 것을 방지하기 위해 가압하는 힘을 전달하는 제2탄성부재(335)를 구비하였다(도 5). 상기 제2탄성부재(335)은 도시된 실시예에서는 판스프링 구조물로 구현되어, 하부 방향으로의 제1 및 제2히팅블럭이 가압되는 경우에 일정한 완충력을 발휘하여 지나친 가압력이 PCR플레이트 표면에 인가되지 않도록 제어할 수 있게 된다.In order to implement such a structure, it is possible to include a first elastic member (S1) having a restoring force that is disposed inside the driving frame so that it always rises upward when it is not compressed. In the present invention, a second
또한, 본 발명의 시스템 구조에서 PCR플레이트(200)는 상면에 반응웰이 구현되는 판상형 구조물의 형태를 구비하는데, 이 경우 상기 PCR플레이트(200)는 일정한 온도, 이를 테면 제2온도(ex: 55℃)의 범위를 유지할 있도록 하부에 항온플레이트(350) 구조물을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.In addition, in the system structure of the present invention, the
이는, 본 발명의 온도제어모듈(300)에 의해 제1온도((ex: 95℃)의 제1히팅블럭을 밀착하여 온도를 상승시키는 경우나, 제2온도(ex: 55℃)의 제2히팅블럭을 밀착하는 경우, PCR플레이트(200)가 목표 온도로 빠르게 도달해야만 내부 증폭 효율이 훨씬 좋아지기 때문이다.This is a case in which the temperature is increased by intimate contact with the first heating block of the first temperature (ex: 95°C) by the
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 PCR플레이트(200)의 하부에 배치되어, 상기 PCR플레이트 (200)의 온도를 상기 제2온도로 유지하는 항온플레이트(350)를 더 포함하여 구성될 수 있도록 함이 바람직하다.Therefore, in the embodiment of the present invention, it is disposed under the
특히, 상기 항온플레이트(350) 구조물을 구비하는 것은 고정형으로 장착하고, 일정하게 설정된 온도를 인가하는 방식으로 구현하는 것도 좋지만, 상술한 것과 같이, 항온플레이트(350) 자체를 구획하여 제1온도 및 제2온도를 인가하는 영역으로 구분하고, 항온플레이트를 수평이동 할 수 있는 구조로 구현될 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.Particularly, it is good to implement the
도 6은 도 2의 구조에서 항온플레이트(350)를 수평이동 구동모듈(400)을 통해 온도조절모듈 하부로 수평이동 시켜 진입시킨 모습을 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 동작에서 항온플레이트(350)를 바깥쪽으로 수평이동시켜 온도 영역에 변경을 준 모습을 도시한 것이다.6 is a view showing a state in which the
즉, 도 6의 구조에서는, 제1히팅블럭(310)이 제1온도를 인가하도록 배치되면, 항온플레이트(350)에서의 제1영역이 제1히팅블럭과 함께 PCR플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되어, 상기 제1히팅블럭(310)이 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되며, 이후 도 7과 같이, 상기 제2영역이 제2히팅블럭과 함께 PCR플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭이 수평이동하여 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동되는 모습을 도시한 것이다.That is, in the structure of FIG. 6, when the
상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되, 상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동하도록 구현할 수 있다.The horizontal movement operation of the
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 이는 본 발명에 따른 온도제어모듈의 저면을 도시한 개념도로, 도시된 것과 같이, 항온플레이트(350)는 상기 PCR플레이트 (200)와 하부의 스캐닝모듈(미도시: 도 1의 부호 500) 사이에 배치되도록 하며, 상기 스캐닝모듈에서 조사되는 여기광이 조사하여 상기 PCR플레이트(200)에 전달되고 형광이 검출될 수 있도록 상기 스케닝모듈(500)의 광이 유도되는 광투과부(H)가 관통구조로 다수 마련될 수 있다.Further, referring to FIGS. 6 and 7, this is a conceptual diagram showing the bottom of the temperature control module according to the present invention. As shown, the
따라서, 본 발명에서는, 상술한 스캐너를 장착한 일체형 시스템으로 핵산추출, PCR 과정과 검출과정을 하나의 시스템 속에서 구현할 수 있으며, 다양한 질병진단에 적용이 가능하도록 분리형 PCR플레이트 구조물을 구현할 수 있도록 한다.Accordingly, in the present invention, the nucleic acid extraction, PCR process, and detection process can be implemented in one system with an integrated system equipped with the above-described scanner, and a separate PCR plate structure can be implemented so as to be applicable to various disease diagnosis. .
도 8은 본 발명에 적용되는 PCR플레이트(200)의 일 구현예를 도시한 것이다.Figure 8 shows an embodiment of the
도 8을 참조하고, 상술한 도 2 및 도 3의 개념도를 참고하면, 본 발명에서 따른 상기 PCR플레이트(200)는, 플레이트 형상의 표면에 프라이머 건조물이 수용되는 적어도 1 이상의 반응웰(W1....Wn)이 구현되는 몸체부(210)와, 상기 몸체부(210)의 일단에서 연장되며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에 내삽되는 구조로 결합한다.Referring to FIG. 8 and referring to the conceptual diagrams of FIGS. 2 and 3 described above, the
특히, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 인입되도록 상기 PCR 예비 혼합물이 주입되는 주입홀(h1)을 구비하는 삽입부(220)가 구현되는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 상기 PCR플레이트(200)는 상기 주입홀(h1)과 연결되어 상기 다수의 반응웰로 연결되도록 상기 몸체부 표면에 마련되는 유로부(231)를 구비하는 연결부(230)가 마련되는 구조로 구현될 수 있도록 한다.In particular, it may be implemented in a structure in which an
구체적으로 상기 PCR플레이트(200)는, 도 8에 도시된 것과 같이, 다수의 반응웰(W1....Wn)이 구현되는 몸체부(210)를 구비한다. 이 경우 상기 반응웰의 경우, 도시된 구조에서는 8개의 반응웰을 구비하는 구조로 구현되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 1개 이상의 개수를 구비하는 구조로 구현할 수 있음은 물론이며, 반응웰의 구조 역시 몸체부(210)의 표면을 가공하여 오목한 패턴 구조로 구현하는 것도 가능하다.Specifically, the
특히, 본 발명의 바람직한 실시예로는, 도 8과 같이 몸체부(210)의 표면영역에 일정한 상기 반응웰의 영역을 구획하는 격벽패턴(215)이 돌출되는 구조로 마련되도록 하며, 상기 반응웰 내에 건조된 상태로 구비되는 프라이머와 핵산 추출카트리지에서 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물이 반응웰 내에서 분산되어 혼합될 수 있도록 한다.In particular, in a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, a
또한, 상기 PCR플레이트(200)는, 상기 다수의 반응웰의 상부를 밀봉하는 커버부재(미도시)를 포함하여 구성되며, 상기 커버부재는 광투과성이 있는 투명한 재질의 필름소재를 적용할 수 있다.In addition, the
상기 커버부재가 반응웰의 표면에 밀착하여 반응웰 내부를 공동부로 구현하게 되면, 추후 핵산 추출카트리지에서 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물은 위 공동부에 존재하는 공기층을 밀어내며 반응웰 내부로 주입되게 된다.When the cover member is in close contact with the surface of the reaction well to realize the inside of the reaction well as a cavity, the PCR (polymerase chain reaction) premix injected from the nucleic acid extraction cartridge later pushes the air layer present in the upper cavity and inside the reaction well. Will be injected.
특히, 본 발명에서는, 도 8의 구조와 같이, 상기 몸체부(210) 내의 반응웰과 연결되는 유로부(231)가 구비될 수 있도록 한다. 상기 유로부는, 주입홀(h1)과 연결되는 시점(231)에서 상기 몸체부(210)을 경유하여 상기 몸체부의 말단부(232)까지 연장도록 구현되되, 상기 말단부(232)에서 상기 삽입부와 반대되는 방향의 상기 다수의 반응홀 단부와 각각 연결되도록 구현될 수 있도록 한다.Particularly, in the present invention, as in the structure of FIG. 8, a
즉, 도 2 에서와 같이, 삽입부 하부에 마련되는 주입구(h1)를 통해서 핵산추출카트리지가 주입되게 되는 경우, 유로의 시점(231)에서 몸체부를 가로지르는 방향(x1)으로 유로가 구현되고, 몸체부의 말단 지점에서 좌우로 분지되어 각각의 반응웰에 입구와 연결되도록 구현할 수 있다. 이렇게 유로를 형성하는 이유는, 커버부재에의 해 밀봉되는 반응웰 영역에는 내부에 공기층이 미량 존재하게 되어, 주입되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물이 도 8의 구조와 같이 몸체부의 중심선(cx)를 기준으로, 하부영역(Cb)에서부터 차오르게 되며, 공기층은 몸체부의 상부영역(Ca)로 밀려 올라가게 된다.That is, as shown in FIG. 2, when the nucleic acid extraction cartridge is injected through the injection hole h1 provided under the insertion part, the flow path is implemented in a direction x1 crossing the body at the
따라서 상대적으로 반응웰의 하부영역(Cb)에 PCR 반응이 이루어질 혼합물이 배치되게 되며, 이는 본 발명의 히팅블럭이 가압을 수행하는 영역과 스캐너모듈의 검출을 수행하는 영역이 장비의 특성상 도 8과 같이 하부영역(Cb)에서 이루어지게 되어, 검출의 정밀도나 PCR 반응의 효율성, 온도제어의 효율성 모두를 높일 수 있게 할 수 있다.Therefore, the mixture to be subjected to the PCR reaction is relatively arranged in the lower region (Cb) of the reaction well, which means that the area where the heating block of the present invention performs pressurization and the area that performs detection of the scanner module are shown in FIG. 8 due to the characteristics of the equipment. Likewise, since it is performed in the lower region Cb, it is possible to increase both the precision of detection, the efficiency of the PCR reaction, and the efficiency of the temperature control.
또한, 본 발명에서 상기 PCR플레이트(200)는 광투과성이 높은 합성수지재로 구현되도록 함이 바람직하다. 이는 상술한 스캐너모듈의 기능에 따라 광투과성이 높은 재질로 구성하여 검출의 효율성을 높일 수 있게 하기 위함이다.In addition, in the present invention, the
이러한 재질로는 투명 PP. PE, PPA, PMMA, PC 등 다양한 합성수지재를 적용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일정한 광투과성을 확보할 수 있는 재질이면 적용이 가능하다 할 것이다.Transparent PP. Various synthetic resin materials such as PE, PPA, PMMA, PC, etc. can be applied, but are not necessarily limited thereto, and any material that can secure a certain light transmittance can be applied.
다만, 상기 PCR플레이트(200)는 하부의 항온플레이트에서 인가되는 열원에 의해 일정한 온도를 유지할 수 있게 되며, 반응웰 내에 충진되는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물 또는 핵산용액과 건조된 프라이머와 프로브 중 적어도 일측을 포함하는 PCR반응물에 직접 인가되는 온도제어모듈의 온도유지의 효율성을 위해, 상기 몸체부(210)의 두께는 1.0mm~3.0mm의 범위에서 구현될 수 있도록 한다. 1.0mm 미만의 두께에서는, 제1온도를 설정하는 고온의 열이 몸체부 하부까지 쉽게 전달되어 항온플레이트와의 열간섭이 이루어져 온도제어가 용이하지 않으며, 3.0mm를 초과하는 경우에는 반응웰에 수용되는 물질에 대한 온도제어는 용이하나, 하부의 항온플레이트의 온도제어가 용이하지 않게 되어 일정한 온도 유지가 어려운 단점이 발생하게 된다.However, the
즉, 본 발명에서는, 도 4 및 도 5에서 상술한 것과 같이, 상기 제1히팅블럭(310)과 상기 제2히팅블럭(320)을 수평이동시켜 상기 반응웰의 표면에 접하는 상기 제1가압면(G1) 또는 제2가압면(G2)은, 상기 격벽패턴(215)의 상부면과 상기 격벽패턴을 커버하는 커버부재와 접촉하는 구조로 가압하여 설정 온도를 제1온도나 제2온도로 하여 반응물의 온도를 제어하게 된다.That is, in the present invention, as described above with reference to FIGS. 4 and 5, the first pressing surface in contact with the surface of the reaction well by horizontally moving the
또한, 상기 PCR플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우, 도 2 및 도 3의 구조에 따른 온도조절모듈에서, 제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR플레이트 상부면과 마주 보게 수평이동하고 PCR플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 제1히팅블럭과 함께 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되며, 제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 수평이동하고 PCR플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 제2히팅블럭과 함께 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어, 상기 PCR플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동되게 된다. 본 발명에서는, 항온플레이트(350)과 상기 제1 및 제2 히팅블럭(310, 320)이 일체로 수평이동을 함께 하는 구조로 구현되는바 PCR플레이트(200)의 상하부 가압은 동시에 동일한 온도로 구현될 수 있음은 물론이다.In addition, in the case of circulating the temperature for the
이러한 동작으로 인해, PCR플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현할 수 있으므로, 타겟 내에 들어 있는 플레이트의 가열시간을 상하면 동시에 구현되는 방식을 취하므로, 검사시간을 1/2로 줄일 수 있는 장점이 구현된다.Due to this operation, by performing contact pressurization on the upper and lower surfaces of the PCR plate at the same time, it is possible to implement twice the efficiency compared to the constant temperature plate method maintained at a single temperature, so that when the heating time of the plate in the target is increased, it is simultaneously implemented. By taking the method, the advantage of reducing the inspection time by half is realized.
도 9 내지 도 12는 이러한 항온프레이트와 수평이동 구동모듈의 구조 및 작동 방식을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.9 to 12 are views for explaining in detail the structure and operation method of the constant temperature plate and the horizontal moving drive module.
도 9는 도 2 및 도 3에서 항온플레이트(350)가 안착된 구조를 도시한 것이고, 도 10은 항온플레이트 구조만을 분리한 구조를 도시한 것이다.9 shows a structure in which the
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항온플레이트(350)는 도 2 및 도 3에 도시된 온도조절모듈을 구성하는 히팅블럭 구조물의 하부에 배치되며, PCR플레이트(200)가 배치되고 난 후, 상부에서 온도조절모듈(300)의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)이 수평동작과 상하 이동동작에 의해 PCR플레이트를 가압하는 경우, 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)의 온도와 동일한 온도를 가지도록 기능할 수 있도록 한다.9 and 10, the
상기 항온플레이트(350)는, 도 9에 도시된 것과 같이, 제1온도를 유지하는 상기 제1영역(a1)과 제2온도를 유지하는 상기 제2영역(a2)을 구획하는 이격부(Ss)가 마련되며, 상기 이격부(Ss) 양측단(a3, a4)을 기준으로 상기 제1영역과(a1) 상기 제2영역(a2)이 연결되는 구조로 구현된다. The
상기 항온플레이트(350)의 일단에는 커넥터 구조물(Ca, Cb)이 장착되어 전원 인가 또는 제어신호를 전달할 수 있도록 한다.Connector structures (Ca, Cb) are mounted at one end of the
특히, 상기 항온플레이트(350)의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되, 상기 항온플레이트(350)의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동되도록 구현하여 구조의 간소화를 구현함은 물론, 이동성을 증진할 수 있게 한다.In particular, the horizontal movement operation of the
이 경우, 제2영역(a2) 부분에는 광투과부(H)를 두어 증폭된 반응물의 농도를 스케닝하는 스케닝모듈(500)의 검출광을 투과할 수 있도록 구현할 수도 있다.In this case, a light transmitting part H may be provided in the second area a2 to transmit the detection light of the
상기 제1영역과(a1) 상기 제2영역(a2)에는 온도센서(Sa, Sb)를 두어 해당 영역의 온도를 측정하고 제어관리할 수 있도록 할 수 있다.Temperature sensors Sa and Sb may be provided in the first area a1 and the second area a2 to measure and control the temperature of the corresponding area.
도 11은 도 10의 하부면을 도시한 것으로, 제어신호와 전원을 인가하는 접속커넥터부(Cc, Cd)가 마련되며, 온도센서(Sa, Sb)를 두어 제1온도 및 제2온도의 항온유지를 구현할 수 있도록 한다.FIG. 11 shows the lower surface of FIG. 10, in which connection connectors (Cc, Cd) for applying control signals and power are provided, and temperature sensors (Sa, Sb) are provided to provide a constant temperature of the first temperature and the second temperature. Make it possible to implement maintenance.
항온플레이트의 제1영역이나 제2영역의 온도 유지는, 다양한 가열수단, 열선이나 가열 저항체 등의 다양한 수단을 플레이트 내부에 장착하는 방식을 사용할 수도 있으나, 본 발명의 바림직한 실시예에서는, 에폭시 인쇄회로에 전극과 온도센서 회로를 구현하고 전극사이에 발열페인트를 도포한 후 제1영역과 제2영역에 해당하는 금속판을 각각의 온도센서와 발열페인트에 밀착하도록 접착하여 이러한 효과를 구현할 수 있도록 한다.To maintain the temperature of the first region or the second region of the constant temperature plate, a method of mounting various means such as various heating means, heating wires or heating resistors inside the plate may be used, but in a preferred embodiment of the present invention, epoxy printing Implement an electrode and a temperature sensor circuit on the circuit, apply a heating paint between the electrodes, and then attach the metal plates corresponding to the first and second regions to each of the temperature sensors and the heating paint to achieve this effect. .
도 12는, 도 6 및 도 7에서 상술한 작동 방식을 더욱 구체적으로 설명하기 이한 상부 평면 개념도이다.12 is a conceptual top plan view illustrating the operation method described above in FIGS. 6 and 7 in more detail.
본 발명에서는, 상기 PCR플레이트(200)의 하부로 상기 항온플레이트(350)를, 수평이동하는 수평이동 구동모듈(400)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.In the present invention, the
상기 수평이동 구동모듈(400)은, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 항온플레이트(350)의 일단에 결합하는 이동바(420)와 구동모터부(410), 그리고 상기 구동모터부(410)의 회전력을 상기 이동바(420)의 수평이동력으로 전환하는 전환플레이트(430)을 포함하여 구성될 수 있음은 상술한바 있다.The horizontal
도 12에 도시된 것과 같이, 핵산 추출 카트리지에 삽입되어 유로가 연결되는 구조로 결합하며, 상기 핵산 추출 카트리지(100)에서 추출된 핵산용액은 주입홀(h1)으로 주입되게 되고, 주입된 추출 핵산용액은 이후, 프라이머와 프로브 중 적어도 일측이 포함된 PCR혼합물 건조물이 수용된 적어도 1 이상의 반응웰에 주입시켜 수용하는 PCR플레이트(200)로 이동하게 된다.As shown in Fig. 12, the nucleic acid extraction cartridge is inserted into the nucleic acid extraction cartridge and combined in a structure in which the flow path is connected, and the nucleic acid solution extracted from the nucleic
이후에, 상기 PCR플레이트(200)의 반응웰 부분에 제1온도 또는 제2온도를 형성하기 위한 본 발명의 온도조절모듈(300)의 제1히팅블럭(310)이나 제2히팅블럭(320)이 하강하게 된다.Thereafter, the
이 경우, 수평이동 구동모듈(400)은 상기 항온플레이트(350)와 온도조절모듈(300)을 함께 수평이동하게 되며, PCR플레이트는 상기 항온플레이트(350)과 온도조절모듈(300)의 사이로 내삽되는 구조로 배치되게 된다. In this case, the horizontal
상기 수평이동 구동모듈(400)을 통해 수평이동한 히팅블럭이 상기 PCR플레이트를 가압시 상기 히팅블럭의 온도에 대응되는 설정온도(제1온도 또는 제2온도)를 가지는 항온플레이트의 제1영역 또는 제2영역이 자연스럽게 대응되도록 배치되게 되게 된다.When the heating block horizontally moved through the horizontal
즉, 항온플레이트(350)의 상기 제1영역(a1)이 PCR플레이트(200)의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭(도 2, 310)이 동시에 수평이동하게 되며, 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되며, 이후 히팅블럭이 하강하여 PCR플레이트의 상부면과 접촉하게 된다.That is, when the first region (a1) of the
또한, 상기 제2영역(a2)이 PCR플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭(eh 2, 320)이 동시에 수평이동하여 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하도록 대응되도록 작동하며, 이후 히팅블럭이 하강하여 PCR플레이트의 상부면과 접촉하게 된다.In addition, when the second area (a2) is horizontally moved to the bottom of the PCR plate, the second heating blocks (eh 2, 320) are simultaneously moved horizontally to correspond to the upper surface of the PCR plate. Then, the heating block descends and comes into contact with the upper surface of the PCR plate.
요컨데, PCR플레이트(200)에 대해 온도순환을 시키는 경우, 제1온도로 올리기 위해서는 제1히팅블럭이 PCR플레이트 상부면과 마주 보게 수평이동하고 PCR플레이트 하부면은 상기 항온플레이트의 제1영역이 수평이동한 후 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되게 구동한다.In short, in the case of circulating the temperature of the
또한, 다시 제2온도로 내리기 위해서는 상기 PCR플레이트(200)의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 수평이동하고 PCR플레이트(200)의 하부면에서는, 상기 항온플레이트의 제2영역이 수평이동한 후 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 접촉가압되어, 상기 PCR플레이트(200)의 상하면에 동시 가온과 냉각이 이루어지도록 구동하게 된다.In addition, in order to lower the temperature back to the second temperature, the upper surface of the
이와 같이, PCR플레이트의 상하면에 동시에 접촉 가압을 수행하도록 함으로써, 단일 온도로 유지되는 항온플레이트 방식에 비해 2배의 효율을 구현하게 된다.In this way, by performing contact pressurization on the upper and lower surfaces of the PCR plate at the same time, it is possible to realize twice the efficiency compared to the constant temperature plate method maintained at a single temperature.
이하에서는, 상술한 본 발명에서의 PCR플레이트에 핵산추출물을 포함하는 PCR(polymerase chain reaction) 예비 혼합물을 구현하는 핵산 추출 카트리지(100)를 도 13 내지 도 19를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a nucleic
도 13은 본 발명의 핵산 추출 카트리지의 사시개념도로, 상술한 PCR플레이트가 삽입 결합된 구조를 도시한 것이다. 도 10은 도 9의 분리사시도이며, 도 11은 도 10의 구조에서 카트리지 덮개부(R1)의 내부 구조를 도시한 것이다. (본 실시예에서는, 유전자 증폭 프레이트의 반응웰이 2개인 구조를 들어 설명하기로 한다.)13 is a perspective conceptual diagram of the nucleic acid extraction cartridge of the present invention, showing a structure in which the above-described PCR plate is inserted and coupled. FIG. 10 is an exploded perspective view of FIG. 9 and FIG. 11 is a diagram illustrating an internal structure of the cartridge cover R1 in the structure of FIG. 10. (In this example, the structure of the gene amplification plate having two reaction wells will be described.)
도 13 내지 도 15을 참조하면, 본 발명에 따른 핵산 추출 카트리지(100)는, DNA 추출에 필요한 용액이 담긴 다수의 격벽구조의 수용부(22, 23, 24, 25, 26)를 구비하는 카트리지 덮개부(R1) 및 상기 덮개부(R1)과 삽입구조로 결합하며, 상기 수용부들에서 인입되는 용액을 시료와 반응 또는 세정하는 반응수용부(11)가 마련되는 카트리지 본체부(R2)를 포함하여 구성될 수 있다.13 to 15, the nucleic
이 경우, 상기 반응수용부(11)에서 정제된 PCR 예비혼합물을 상기 카트리지 본체부(R2)로 내삽되는 구조로 결합되는 상기 PCR플레이트(200)의 주입홀(h1)로 주사하는 피스톤부(18)를 구비하여 구성된다.In this case, a
이러한 본 발명의 작용을 핵산 추출 카트리지 도 14 및 도 15, 도 17을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 16는 도 13의 투명 사시도를 도시하여 결합 후 내부 구조를 나타낸 것이다. The operation of the present invention will be described with reference to FIGS. 14, 15, and 17 of the nucleic acid extraction cartridge. FIG. 16 is a transparent perspective view of FIG. 13 showing the internal structure after being combined.
본 발명의 핵산 추출 카트리지는 본체부(R2)의 바닥면에 내부에 유로(19-1)가 형성된 로터리밸브(19)가 장착되어 있어, 이 로터리밸브를 회전시키면 카트리지 본체(R2)의 각 수용부(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17)의 공간과 상기 로터리밸브(19)의 유로를 연결시킬 수 있다. 특정 수용부에 유로를 연결시킨 다음 피스톤(18)을 작동시켜 수용부에 담긴 용액을 취하고 다른 수용부 혹은 PCR플레이트(200)로 물질을 옮길 수 있도록 설계되었다.The nucleic acid extraction cartridge of the present invention is equipped with a
도 14 및 도 15에 도시된 것과 같이, 상기 카트리지 덮개부(R1) 내부에는 DNA 추출에 필요한 각각의 용액이 담긴 수용부(22, 23, 24, 25, 26)가 형성되어 있고, 이 수용부의 바닥면은 필름 등으로 밀봉되어 있어 본체 수용부의 관통침(도 12의 10-1 구성)에 의해 쉽게 뚫릴 수 있도록 설계되었다. 또한, 다섯 개의 구멍(21-1, 21-2, 27, 28, 29)이 형성되어 있다.As shown in Figs. 14 and 15, the cartridge cover (R1) has a receiving portion (22, 23, 24, 25, 26) containing each solution required for DNA extraction is formed, the receiving portion The bottom surface is sealed with a film or the like, so it is designed to be easily pierced by a penetrating needle (composition 10-1 in FIG. 12). In addition, five holes 21-1, 21-2, 27, 28, and 29 are formed.
상기 카트리지 덮개부(R1)의 제1수용부(22)에는 Binding buffer, 제2수용부(23)에는 1st Washing buffer, 제3수용부(24)에는 2nd Washing buffer, 제4수용부(25)에는 3rd Washing buffer, 제5수용부(26)에는 Elution buffer가 담겨 있다.The first receiving
PCR플레이트(200)는 투명한 플라스틱 재질[polyethylene, polypropylene, PET 등]의 필름으로 덮여 있고, 반응웰 내부에는 건조된 PCR 프라이머와 프로브 중 적어도 일측을 포함한 PCR혼합물이 담겨 있는 구조이며, 이는 상술한 도 8에서 상술한 구조와 같다.The
본 발명의 핵산추출카트리지의 작용은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다.The action of the nucleic acid extraction cartridge of the present invention may proceed in the following order.
1. 생체시료투입1. Input of biological samples
카트리지 본체부(R2), 카트리지 덮개부(R1) 및 PCR플레이트(200)가 결합된 상태로 후술하는 자동화 장비에 장착되고, 도 14의 도시된 제1구멍(21-1)에 생체시료(혈액)이 투입된다.The cartridge body portion (R2), the cartridge cover portion (R1) and the
2. 세포로부터 핵산의 유출 및 비드와의 결합2. Nucleic acid leakage from cells and binding to beads
도 17에 도시된 것과 같이, 카트리지 본체부(R2)의 하부에 배치된 로터리밸브(19)의 회전 및 피스톤(18)의 작용을 통해 제1수용부(22)의 Binding buffer가 반응수용부(11)에 투입되어 생체시료 및 마그네틱 타블렛(MT)의 비드(실리카가 코팅된 마그네틱 비드)와 섞인다. As shown in FIG. 17, the Binding buffer of the
본 발명에서 사용되는 마그네틱 타블렛(MT)은 카트리지 본체부(R2)의 상기 반응수용부(11)의 내부로 연장되는 관통관로의 말단부(에 마그네틱타블렛(MT) 장착되어, 생체시료에 함유된 세포에서 추출되는 핵산이 상기 마그네틱타블렛이 용해되어 분산된 마그네틱비드의 표면과 핵산이 결합하도록 하는 기능을 수행한다.The magnetic tablet (MT) used in the present invention is a magnetic tablet (MT) mounted on the end of the through-pipe extending into the
이때 상기의 마그네틱 타블렛 대신에 Binding buffer에 상기 마그네틱 비드를 현탁시켜 사용하여도 된다.In this case, instead of the magnetic tablet, the magnetic beads may be suspended in a Binding buffer and used.
이후, 카트리지 본체부(R2) 밀폐된 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)가 투입되어 초음파가 가해지면, 플라스틱을 통해 초음파가 전달되어 생체시료, 타블렛 및 Binding buffer가 혼합되어 반응액이 균질화되며, 이때 생체시료에 함유된 생체조직들도 파쇄되어 핵산이 유출되고 유출된 핵산은 비드의 표면에 결합된다.Thereafter, when a sonication tip is inserted into the sealed second hole 21-2 of the cartridge body R2 and the ultrasonic wave is applied, the ultrasonic wave is transmitted through the plastic and the biological sample, the tablet, and the binding buffer are mixed and reacted. The liquid is homogenized, and at this time, the biological tissues contained in the biological sample are also crushed so that the nucleic acid is leaked, and the leaked nucleic acid is bound to the surface of the beads.
카트리지 본체부(R2) 제3구멍(27)에 마그네틱바(magnetic bar)가 투입되면 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 나머지 반응액이 제1수용부로 옮겨진다.When a magnetic bar is inserted into the
3. 1차 세척3. 1st washing
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제2수용부(23)의 1st Washing buffer가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.The 1st Washing buffer of the
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 1차 세척이 이루어진다. 이 1차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.Thereafter, when the magnetic bar is removed from the
제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 1차 세척액이 제2수용부(23)로 옮겨진다.The magnetic bar is inserted into the
4. 2차 세척4. Second washing
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제3수용부(24)의 2nd Washing buffer가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.The 2nd washing buffer of the
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 2차 세척이 이루어진다. 이 2차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.Thereafter, when the magnetic bar is removed from the
상기 제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 2차 세척액이 제3수용부(24)로 옮겨진다.The magnetic bar is inserted into the
5. 3차 세척5. 3rd washing
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제4수용부(25)의 3rd Washing buffer가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.The 3rd washing buffer of the
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)에 초음파가 가해지면 3차 세척이 이루어진다. 이 3차 세척으로 인해 핵산 이외에 비드에 비특이적으로 결합된 물질들이 세척된다.Thereafter, when the magnetic bar is removed from the
상기 제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 3차 세척액이 제4수용부(25)로 옮겨진다.The magnetic bar is inserted into the
6. 핵산 용출6. Nucleic acid elution
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2) 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제5수용부(26)의 Elution buffer가 반응수용부(11)에 투입되어 핵산이 결합된 비드와 섞인다.The elution buffer of the fifth receiving
이후, 도 14의 제3구멍(27)에서 마그네틱바가 제거되고 제2구멍(21-2)에 진동자(sonication tip)가 투입되어 초음파가 가해지면 비드 표면에 결합되어 있던 핵산이 Elution buffer에 용해된다.Thereafter, when the magnetic bar is removed from the
7. PCR 예비혼합물 생성7. PCR premix generation
제3구멍(27)에 마그네틱바가 투입되어 비드가 반응수용부의 벽면에 고정되고, 로터리밸브의 회전 및 작은 피스톤을 선택하여 이를 이용하여 핵산이 용해된 Elution buffer가 제6수용부(17)에 투입되어, 제6수용부에 담긴 PCR 재료[중합효소(polymerase), dNTP 등의 혼합물]와 섞이고, 이에 따라 PCR 예비혼합물이 생성된다. 본 발명에서 사용되는 'PCR 예비혼합물'은 이상의 물질로 구현되는 것으로 정의하여 사용한다. 상기 과정은 프라이머와 프로브 중 적어도 일측을 포함하고 있는 PCR 반응물이 PCR플레이트의 각 웰에 건조되어 있는 경우 생략되고 핵산용출액을 아래와 같이 바로 PCR플레이트로 주입한다.A magnetic bar is inserted into the
8. PCR플레이트로의 전달8. Transfer to PCR plate
도 16에서 도시된 카트리지 본체부(R2)의 로터리밸브의 회전 및 피스톤의 작용을 통해 제6수용부에 생성된 PCR 예비혼합물이 PCR플레이트(200)에 투입되어, PCR플레이트(200)에 담긴 프라이머와 프로브 중 적어도 일측과 섞인다. 이러한 투입과정은 도 19에 도시된 것과 같이, 피스톤(18)의 가압에 의해 로터리밸브의 유로(Y)를 타라 이동하여 주입구(h1)로 주입되게 된다.The PCR premix generated in the sixth receiving portion through the rotation of the rotary valve of the cartridge body portion R2 shown in FIG. 16 and the action of the piston is introduced into the
이후, 제4구멍(29)에 가열봉이 투입되어 PCR 반응 플레이트 입구 부분의 덮개필름이 가압 가열되고, 이에 따라 PCR 반응 플레이트가 밀봉된다.Thereafter, a heating rod is inserted into the
9. PCR 반응9. PCR reaction
최종적으로 PCR플레이트(200)에는 생체시료에서 추출된 핵산, 중합효소(polymerase), dNTP, 프라이머와 프로브 중 적어도 일측 및 기타 완충액이 함유된 상태가 된다.Finally, the
따라서 이 PCR플레이트(200)에 전술한 본 발명의 온도제어모듈을 통한 가압식 열 인가를 통해 PCR 반응이 이루어지도록 한다.Therefore, the PCR reaction is performed through the application of pressurized heat through the temperature control module of the present invention described above to the
도 20 내지 도 23은 상술한 본 발명인 중합효소 연쇄반응 시스템을 구성하는 장치 전체적인 구조와 배치 구성을 도시한 것이다.20 to 23 show the overall structure and arrangement of the apparatus constituting the polymerase chain reaction system of the present invention described above.
도 20과 같이, 본 발명에 따른 중합효소 연쇄반응 시스템에 핵산추출카트리지(100)이 내부에 장착되면, 측면에는 상술한 PCR플레이트(200)이 안착하게 된다. 상기 PCR플레이트(200)의 몸체부에 해당하는 반응웰이 존재하는 부분은 외부로 노출되며, 그 상부에 상술한 온도제어모듈(300)이 배치되게 된다.As shown in Figure 20, when the nucleic
도 21은 도 20에서 본 발명의 주요부의 결합배치도를 확대한 것이며, 도 22은 도 21 부분의 수직단면 개념도를 도시하여 요부 구성의 배치를 제시한 것이다. 도 23은 도 22의 측면사시 단면개념도를 도시한 것이다.FIG. 21 is an enlarged view of an arrangement of main parts of the present invention in FIG. 20, and FIG. 22 is a conceptual diagram showing a vertical cross-sectional view of the part of FIG. FIG. 23 is a side perspective cross-sectional conceptual view of FIG. 22.
도 21 내지 도 23에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 핵산추출카트리지(100) 내부에서 추출된 핵산을 포함하는 PCR 예비 혼합물은 반응웰이 구현된 PCR플레이트(200)로 주입되게 된다. 상기 PCR플레이트(200)의 상부에는 상기 반응웰 표면에 대응하는 제1가압면(G1)이 구현되며, 가열유닛에 의해 열변성(denaturation)에 필요한 온도로 유지되는 제1히팅블럭(310)이 배치되며, 수평이동하여 가압되는 영역이 변경되는 구조로 구현할 수 있는 제2히팅블럭(320)이 근접 배치된다. 이에 따라 반응웰에 주입된 PCR 예비 혼합물은 열변성에 필요한 제1온도(95℃)나, 결합(annealing)에 필요한 제2온도(55℃)에 부합하게 히팅블럭에 의해 직접 가열되게 된다.21 to 23, the PCR preliminary mixture containing the nucleic acid extracted from the inside of the nucleic
아울러, 도 22 및 도 23에 도시된 것과 같이, PCR플레이트(200)의 하부에는 항온플레이트(350)이 배치되어, PCR플레이트(200)의 온도를 일정한 온도 수준에서 유지되게 한다.In addition, as shown in FIGS. 22 and 23, a
상기 항온플레이트(350)의 하부에는 스캐닝모듈(500)이 배치되어, 광조사부(E1)에 의해 조사되는 광(L)이, 항온플레이트(350)의 광투과부(H)를 경유하여 PCR플레이트(200)에 도달하게 되어 형광검출이 이루어지게 된다.A
본 발명의 실시예에서는, 상술한 것과 같이, 온도제어모듈에 의해 제1온도((ex: 95℃)의 제1히팅블럭을 밀착하여 온도를 상승시키는 경우나, 제2온도(ex: 55℃)의 제2히팅블럭을 밀착하는 경우, PCR플레이트(200)가 일정한 온도 범위로 유지되는 상태라면 내부 증폭 반응물의 온도 제어가 훨씬 용이하게 되기 때문에 상술한 항온플레이트의 온도를 제2온도로 일정하게 유지하는 것이 반응의 신뢰성을 높이기 위한 매우 중요한 요인으로 작용하게 된다. PCR플레이트의 온도를 95 ℃ 도로 올리는 경우, 제1온도 블록과 제1항온구역을 밀착시켜서 열전달 속도를 증가시켜 PCR플레이트의 온도를 2-3초내로 빠르게 95℃에 도달시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, as described above, when the temperature is increased by contacting the first heating block of the first temperature (ex: 95°C) by the temperature control module, or the second temperature (ex: 55°C) When the second heating block of) is in close contact, if the
RNA 타겟을 검출하는 RT/PCR을 수행하는 경우 RT-PCR 반응 건조물이 들어있는 PCR 예비혼합물이나 PCR플레이트를 사용한다. 저온블록을 RT 반응온도로 조절하여 PCR반응플레이트에 밀착한 후 RT 반응 시간만큼 유지하여, 역전사반응을 수행한 후 상기 PCR 반응을 수행할 수 있다. When performing RT/PCR for detecting an RNA target, use a PCR premix or PCR plate containing the RT-PCR reaction dry matter. The low-temperature block may be adjusted to an RT reaction temperature, adhered to the PCR reaction plate, and maintained for as long as the RT reaction time, and then the PCR reaction may be performed after performing a reverse transcription reaction.
상기 PCR 반응을 통해 증폭된 핵산의 존재유무 혹은 증폭된 핵산의 농도를 결정하여 이 정보를 진단에 이용할 수 있는데, 이때 증폭된 핵산의 존재유무 혹은 농도는 통상의 핵산 검출방법을 이용하여 달성할 수 있다.The presence or absence of the amplified nucleic acid or the concentration of the amplified nucleic acid can be determined through the PCR reaction and this information can be used for diagnosis. At this time, the presence or concentration of the amplified nucleic acid can be achieved using a conventional nucleic acid detection method. have.
예를 들어, DNA 삽입(intercalation) 염료인 DNA 마이너그로브 삽입 형광염료인 SYBR green을 사용하는 방법, 다양한 형광과 소광체가 부착된 프로브를 사용하여 다양한 파장대의 여기광과 해당 형광 스캐닝 하는 방법, 등이 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, a method of using SYBR green, a DNA minor grove-inserted fluorescent dye, which is a DNA intercalation dye, a method of scanning excitation light in various wavelength bands and corresponding fluorescence using a probe with various fluorescence and quencher attached, etc. May be used, but is not limited thereto.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.In the above, the present invention has been described based on a preferred embodiment, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, and modifications or changes can be implemented within the scope described in the claims. It is obvious to the user, and such modifications or changes will fall within the scope of the appended claims.
100: 핵산 추출 카트리지
200: PCR플레이트
210: 몸체부
220: 삽입부
300: 온도제어모듈
310: 제1히팅블럭
320: 제2히팅블럭
330: 구동모듈
340: 냉각팬유닛
350: 항온플레이트
400: 수평이동 구동모듈
500: 스캐닝모듈
W: 반응웰100: nucleic acid extraction cartridge
200: PCR plate
210: body
220: insert
300: temperature control module
310: first heating block
320: second heating block
330: drive module
340: cooling fan unit
350: constant temperature plate
400: horizontal movement drive module
500: scanning module
W: reaction well
Claims (20)
상기 PCR플레이트의 일측에 배치되고, 상기 반응웰에 인접하여 서로 다른 온도를 인가하며, 수평동작 및 상하 이동동작이 가능한 한 쌍의 히팅블럭을 포함하는 온도제어모듈;을 포함하고,
상기 온도제어모듈은,
상기 반응웰의 표면에 대응되는 제1가압면이 마련되고, 제1온도로 유지되는 제1히팅블럭;
상기 제1히팅블럭과 이격되어 배치되고, 상기 반응웰의 표면에 대응되는 제2가압면이 마련되며, 제2온도로 유지되는 제2히팅블럭; 및
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭의 수평동작 또는 상하 이동 동작을 구현하는 구동모듈;을 포함하며,
상기 구동모듈은,
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭 각각을 관통하는 가이드부재를 포함하고,
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭은 상기 가이드부재를 따라 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
A PCR plate receiving the nucleic acid solution from the nucleic acid extraction cartridge and receiving the dried PCR mixture in the reaction well; And
A temperature control module disposed on one side of the PCR plate, applying different temperatures adjacent to the reaction well, and including a pair of heating blocks capable of horizontal operation and vertical movement operation; and
The temperature control module,
A first heating block provided with a first pressing surface corresponding to the surface of the reaction well and maintained at a first temperature;
A second heating block disposed to be spaced apart from the first heating block, provided with a second pressing surface corresponding to the surface of the reaction well, and maintained at a second temperature; And
Includes; a driving module that implements a horizontal operation or vertical movement operation of the first heating block and the second heating block, and
The driving module,
And a guide member passing through each of the first heating block and the second heating block,
The polymerase chain reaction system, characterized in that the first heating block and the second heating block are moved up and down along the guide member.
상기 제2온도는 결합(annealing)에 필요한 온도인 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The first temperature is a temperature required for thermal denaturation,
The second temperature is a polymerase chain reaction system, characterized in that the temperature required for annealing.
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭 사이의 열복사 전도를 제어하는 냉각팬유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
A polymerase chain reaction system comprising: a cooling fan unit that controls heat radiation conduction between the first heating block and the second heating block.
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭은 상기 구동모듈의 동작에 따라 상호 교차하여 상하 이동을 구현하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
The polymerase chain reaction system, wherein the first heating block and the second heating block cross each other according to an operation of the driving module to move up and down.
상기 제1히팅블럭와 상기 제2히팅블럭 중 적어도 일측은,
일측면의 표면에 구현되는 온도조절 패턴부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
At least one side of the first heating block and the second heating block,
A polymerase chain reaction system comprising: a temperature control pattern part implemented on the surface of one side.
상기 제1히팅블럭과 상기 제2히팅블럭은 온도센서와 가열유닛에 의해 각각 상기 제1온도와 상기 제2온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
The polymerase chain reaction system, wherein the first heating block and the second heating block are maintained at the first temperature and the second temperature, respectively, by a temperature sensor and a heating unit.
상기 가이드부재의 하부에 배치되는 탄성부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
The polymerase chain reaction system further comprising; an elastic member disposed under the guide member.
상기 PCR플레이트의 타측에 배치되고, 상기 PCR플레이트의 온도를 상기 제1온도 또는 상기 제2온도로 유지하는 항온플레이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 1,
A polymerase chain reaction system comprising: a constant temperature plate disposed on the other side of the PCR plate and maintaining the temperature of the PCR plate at the first temperature or the second temperature.
상기 항온플레이트는,
상기 제1온도로 가온되는 제1영역; 및
상기 제1영역과 이격되고, 상기 제2온도로 가온되는 제2영역;을 포함하고,
상기 제1가압면은 상기 제1영역의 상부에 대응되게 배치되며,
상기 제2가압면은 상기 제2영역의 상부에 대응되게 배치되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 9,
The constant temperature plate,
A first region heated to the first temperature; And
And a second region spaced apart from the first region and heated to the second temperature,
The first pressing surface is disposed to correspond to the upper portion of the first region,
The polymerase chain reaction system, characterized in that the second pressing surface is disposed to correspond to the upper portion of the second region.
상기 온도제어모듈과 상기 항온플레이트는 상기 가이드부재를 매개로 상호 일체형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 9,
The polymerase chain reaction system, characterized in that the temperature control module and the constant temperature plate are implemented integrally with each other through the guide member.
상기 항온플레이트를 상기 PCR플레이트의 하부로 수평이동하는 수평이동 구동모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 9,
The polymerase chain reaction system further comprising a; horizontal movement driving module for horizontally moving the constant temperature plate to the lower portion of the PCR plate.
상기 항온플레이트는,
상기 제1영역과 상기 제2영역을 구획하는 이격부;를 더 포함하고,
상기 이격부의 양측단을 기준으로 상기 제1영역과 상기 제2영역이 연결되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 10,
The constant temperature plate,
Further comprising a spacer for partitioning the first region and the second region,
The polymerase chain reaction system, characterized in that the first region and the second region are connected to each other based on both ends of the spacer.
상기 항온플레이트는 상기 제1영역과 상기 제2영역에 해당하는 금속판을 각각의 발열소자, 온도센서와 밀착되게 접착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 10,
The constant temperature plate is a polymerase chain reaction system, characterized in that formed by bonding metal plates corresponding to the first region and the second region in close contact with each of the heating elements and temperature sensors.
상기 항온플레이트의 수평 이동 동작은 슬라이딩 방식으로 구현되되,
상기 항온플레이트의 측면부와 접촉하는 슬라이딩 테이프와 접촉하여 이동되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 12,
The horizontal movement of the constant temperature plate is implemented in a sliding method,
Polymerase chain reaction system, characterized in that the movement in contact with the sliding tape in contact with the side portion of the constant temperature plate.
상기 제1영역이 상기 PCR플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제1히팅블럭이 상부에서 하부로 이동하며 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하여 가압되며,
상기 제2영역이 상기 PCR플레이트의 하부로 수평이동 하여 배치되는 경우, 상기 제2히팅블럭이 상부에서 하부로 이동하며 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주하여 가압되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 10,
When the first region is horizontally moved to the bottom of the PCR plate and disposed, the first heating block moves from top to bottom and is pressed to face the top surface of the PCR plate,
When the second region is horizontally moved to the bottom of the PCR plate, the second heating block moves from top to bottom and is pressed to face the top surface of the PCR plate. .
상기 PCR플레이트에 대해 온도순환을 시키는 경우,
상기 제1온도로 올리기 위해서는, 상기 제1히팅블럭이 상기 PCR플레이트의 상부면과 마주 보게 수평이동하고, 상기 제1영역이 수평이동한 후, 상기 제1히팅블럭이 아래로 이동하여 상기 PCR플레이트의 하부면이 상기 제1영역과 접촉 가압되며,
상기 제2온도로 내리기 위해서는, 상기 PCR플레이트의 상부면이 상기 제2히팅블럭과 마주보게 수평이동하고, 상기 제2영역이 수평이동한 후, 상기 제2히팅블럭이 아래로 이동하여 상기 PCR플레이트의 하부면이 상기 제2영역과 접촉 가압되는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 10,
In the case of temperature cycling for the PCR plate,
In order to raise to the first temperature, the first heating block is moved horizontally to face the upper surface of the PCR plate, and after the first area is moved horizontally, the first heating block is moved downward and the PCR plate The lower surface of is pressed in contact with the first region,
In order to lower to the second temperature, the upper surface of the PCR plate is horizontally moved to face the second heating block, and after the second area is horizontally moved, the second heating block is moved down to the PCR plate. The polymerase chain reaction system, characterized in that the lower surface of the polymerase chain reaction system is pressed in contact with the second region.
상기 PCR플레이트로 광을 조사하고, 상기 반응웰에서 증폭된 반응물의 농도에 따른 광을 스캐닝하는 스캐닝모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.
The method of claim 9,
And a scanning module for irradiating light to the PCR plate and scanning light according to the concentration of the reactant amplified in the reaction well.
상기 항온플레이트는,
상기 스캐닝모듈의 검출광이 통과가능한 관통구조로 형성되는 광투과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중합효소 연쇄반응 시스템.The method of claim 19,
The constant temperature plate,
A polymerase chain reaction system comprising: a light transmitting part formed in a through structure through which the detection light of the scanning module can pass.
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